Theoretical exploration of mechanical and superconducting properties of two-dimensional Cairo penta- BP2 : A first-principles study

超导电性 五角形 凝聚态物理 泊松比 材料科学 声子 各向异性 物理 结晶学 泊松分布 几何学 量子力学 数学 统计 化学
作者
Zhiyuan Wen,Zheng Liu,Jing Zhu,Shunhong Zhang
出处
期刊:Physical Review Materials [American Physical Society]
卷期号:6 (10)
标识
DOI:10.1103/physrevmaterials.6.104003
摘要

Two-dimensional (2D) Cairo pentagon materials have attracted tremendous interest due to their exotic physical properties. Based on first-principles calculations, we predict that monolayer penta-${\mathrm{BP}}_{2}$ is a promising Cairo pentagon-based 2D material simultaneously harboring a negative Poisson ratio and intrinsic superconductivity. The Poisson ratio exhibits strong anisotropy with alternating positive-negative signs, and its value along the diagonal direction is more negative than that of pentagraphene. The medium-strength coupling between the Fermi-surface electrons and a phonon mode majorly originating from the ${\mathrm{P}}_{2}$ dimers leads to a superconducting transition estimated to occur at ${T}_{\mathrm{c}}\ensuremath{\sim}7.7\phantom{\rule{0.28em}{0ex}}\mathrm{K}$. Moreover, we find that fluorination/chlorination can efficiently engineer the superconductivity and mechanical properties of penta-${\mathrm{BP}}_{2}$: achieving higher ${T}_{\mathrm{c}}$ of 9.6/10.5 K, turning Poisson's ratio from negative to positive and enhancing Young's modulus. These results render penta-${\mathrm{BP}}_{2}$ an appealing platform to investigate unique superconductivity and mechanical properties in the Cairo pentagon lattice.

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